基于社會(huì)網(wǎng)絡(luò)的道路網(wǎng)絡(luò)分析★

陳少鵬 高 賀

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

0 引言

社會(huì)網(wǎng)絡(luò)是指社會(huì)行動(dòng)者及其間的關(guān)系的集合。也可描述為是由多個(gè)點(diǎn)(行動(dòng)者)和各點(diǎn)之間的連線(行動(dòng)者之間的關(guān)系)組成的集合[1]。社會(huì)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系與道路網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)形式有共通之處，將社會(huì)網(wǎng)絡(luò)中人與人之間的聯(lián)系和影響抽象為道路網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)之間的相互連接和影響，以社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析方法對(duì)道路網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析，識(shí)別出路網(wǎng)的重要節(jié)點(diǎn)，可為道路網(wǎng)現(xiàn)狀以及服務(wù)水平評(píng)價(jià)提供依據(jù)。

目前路網(wǎng)研究主要采用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析方法，基于該方法可以分析網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)參數(shù)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特征[2]，而社會(huì)網(wǎng)絡(luò)方法主要分析網(wǎng)絡(luò)中心性和網(wǎng)絡(luò)子群。通過(guò)對(duì)中心性的分析可以了解節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中起到作用，例如節(jié)點(diǎn)的連通性、重要性及過(guò)渡性；而子群分析可以劃分若干個(gè)派系，通過(guò)派系內(nèi)部及派系之間的稀疏關(guān)系了解網(wǎng)絡(luò)的組織形式。

1 道路網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

本研究的主要目的是探索性地提出用新奇的社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析方法來(lái)分析道路網(wǎng)絡(luò)的可行性，所以將道路網(wǎng)絡(luò)抽象為無(wú)向圖G(V,E)(忽略了道路一些屬性，如流量、擁擠程度、事故等)，其中V為節(jié)點(diǎn)的集合，E為邊的集合。用A表示道路網(wǎng)絡(luò)G的鄰接矩陣：

(1)

2 社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析方法

關(guān)系是社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析理論的基礎(chǔ)，中心性與凝聚子群是社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析常用指標(biāo)，利用這些指標(biāo)可以剖析道路節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系特征[1]。

2.1 中心性

中心性是社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析核心，其能夠反映出個(gè)人或者組織(節(jié)點(diǎn))在網(wǎng)絡(luò)中的地位以及信息在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中如何傳播。社會(huì)網(wǎng)絡(luò)中心性有三種分析方法：

1)度中心性。是指一個(gè)節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中處于核心地位的程度，即有多少個(gè)節(jié)點(diǎn)與該節(jié)點(diǎn)直接相連。在道路網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，度越大意味著更多的路徑連接到交叉口，也可能意味著度高的節(jié)點(diǎn)要比度低的節(jié)點(diǎn)更擁堵[3,4]：

(2)

2)緊密中心性。在社會(huì)網(wǎng)絡(luò)中，緊密度表示一個(gè)節(jié)點(diǎn)與其他節(jié)點(diǎn)的接近程度：

(3)

無(wú)向圖標(biāo)準(zhǔn)化緊密性公式：

(4)

3)中間中心性。表示一個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)其他沒(méi)有直接聯(lián)系節(jié)點(diǎn)的控制性。衡量網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)作為“橋梁”的能力：

(5)

無(wú)向圖標(biāo)準(zhǔn)化中間性公式：

(6)

其中，gjk為節(jié)點(diǎn)nj,nk之間的直接路徑數(shù)；gjk(ni)為節(jié)點(diǎn)nj到節(jié)點(diǎn)nk的途徑上有節(jié)點(diǎn)ni的路徑數(shù)。

2.2 凝聚子群

社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析的另一項(xiàng)重要內(nèi)容是研究網(wǎng)絡(luò)中存在的凝聚子群，形象地說(shuō)就是尋找網(wǎng)絡(luò)中的小團(tuán)體，或稱之為派系。分析路網(wǎng)的派系可以找到相互聯(lián)系緊密的節(jié)點(diǎn)群，為區(qū)域交通問(wèn)題的改善提供依據(jù)。凝聚子群分析步驟如下：

第一步：對(duì)于多值的矩陣，分析凝聚子群時(shí)要把多值轉(zhuǎn)化為0,1二值。

第二步：進(jìn)行派系分析，找出所有派系，通過(guò)調(diào)整派系規(guī)模，得到理性派系結(jié)構(gòu)。

第三步：分析派系重疊模式，有大量派系它們之間存在重疊，此種情況下利用“共享成員”矩陣來(lái)降低派系的數(shù)量。

3 實(shí)例分析

3.1 路網(wǎng)選擇

以西藏拉薩市主干路網(wǎng)為例進(jìn)行分析。拉薩市城區(qū)主干路網(wǎng)有51個(gè)節(jié)點(diǎn)，102個(gè)路段。

3.2 中心性結(jié)果分析

使用UCINET軟件對(duì)社會(huì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析[5]。度中心性、接近中心性和中間中心性結(jié)果如表1所示。

表1 中心性計(jì)算結(jié)果

度數(shù)中心性排在前三位的節(jié)點(diǎn)是22，24，25，表明這些節(jié)點(diǎn)與其他節(jié)點(diǎn)之間的直接聯(lián)系較多。21-22-23-24-25這一路段是商業(yè)區(qū)，交通吸引大，而且路網(wǎng)密度較大，路口多為大型交叉口，尤其節(jié)點(diǎn)25，是整個(gè)路網(wǎng)中最大的交叉口(5路交叉)。

度數(shù)中心性分析路網(wǎng)雖然能夠區(qū)分出路網(wǎng)中的主要的節(jié)點(diǎn)，但是對(duì)于交叉口形式相似的節(jié)點(diǎn)會(huì)得到很多相等的值，因此無(wú)法區(qū)分相似節(jié)點(diǎn)之間的重要度差異。因此，有必要進(jìn)一步用接近中心度和中間中心度來(lái)分析路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)關(guān)系。接近中心性最大的節(jié)點(diǎn)是19，表明它與其他節(jié)點(diǎn)的距離都很短，是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的重心點(diǎn)；中間中心性最大的節(jié)點(diǎn)也是19，表明它在路網(wǎng)中處于關(guān)鍵地位，是各節(jié)點(diǎn)之間的橋梁，很好地溝通了與其他節(jié)點(diǎn)之間的聯(lián)系。通過(guò)處在重心位置的19，北上可以到達(dá)節(jié)點(diǎn)11,9,1,2,3,4,5,6等節(jié)點(diǎn)，南下可以到達(dá)21,22,23,24,25,31,42,45等節(jié)點(diǎn)，東可至20,37,41,47，西可達(dá)15,16,17,18等節(jié)點(diǎn)。

3.3 凝聚子群分析

以最小規(guī)模為5，距離為2進(jìn)行派系劃分，得到27個(gè)派系。派系1和2是兩個(gè)核心子群。派系1(22,23,24)是連通路網(wǎng)東西、南北向主干路上的三個(gè)關(guān)鍵路口，承載著城市交通運(yùn)輸?shù)臉屑~使命；派系2(25,26,35)主要承擔(dān)著對(duì)外交通功能，其中35和26是連接國(guó)道的必經(jīng)路線，是通往林周縣、達(dá)孜縣、墨竹工卡縣的出城口。4,5,6,7四個(gè)派系互相之間的距離很近，且基本處在一個(gè)區(qū)域之內(nèi)，說(shuō)明這些派系之間關(guān)系較為緊密，可以考慮從派系之間關(guān)系入手，從區(qū)域角度協(xié)調(diào)優(yōu)化各個(gè)路段。

1:22，23，24。

2：25，26，35。

3：22，23，24，25，35。

4:17，22，23，24，25，27。

5：22，23，24，27，28，29。

6：18，21，22，23，24，29。

7：12，24，25，26，35，51。

3.4 改善措施

對(duì)于路網(wǎng)特性的分析，其最終目的和意義在于對(duì)交通規(guī)劃、管理、控制起到借鑒和指導(dǎo)作用，能夠運(yùn)用到現(xiàn)實(shí)中發(fā)揮實(shí)際意義。根據(jù)中心性和凝聚子群分析所得數(shù)據(jù)，結(jié)合實(shí)際路況和地理位置，對(duì)分析值高的路段和節(jié)點(diǎn)進(jìn)行評(píng)估和提出具體保護(hù)措施。例如，第25個(gè)節(jié)點(diǎn)在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中居于核心地位，是城市交通的樞紐，連接周邊縣鎮(zhèn)，流量非常大。對(duì)節(jié)點(diǎn)25可采取提高供給和減少需求的措施；21-22-23-24-25節(jié)點(diǎn)這一路段是中心商業(yè)區(qū)，人流量大交通成分復(fù)雜，是交通非常擁堵的路段，可采取如大車禁行、單行、增設(shè)隔離等措施。

4 結(jié)語(yǔ)

本文提出了利用社會(huì)網(wǎng)絡(luò)方法分析道路網(wǎng)絡(luò)，首先計(jì)算了道路網(wǎng)絡(luò)的度中心性、接近中心性和中間中心性，度中心性反映了一個(gè)交叉口與其他路口之間直接聯(lián)系程度，接近中心性和中間中心性反映了一個(gè)交叉口提供可選擇路徑的可能性。其次對(duì)路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了派系分析，找到相互聯(lián)系緊密的路線圈。結(jié)合拉薩市主城區(qū)路網(wǎng)的分析結(jié)果表明，利用社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析方法得到的處于路網(wǎng)核心地位的交叉口和路段與實(shí)際路網(wǎng)情況基本符合，重要節(jié)點(diǎn)派系之間關(guān)系密切，在實(shí)際路網(wǎng)中這些交叉口也是處于城市核心區(qū)域，是城市對(duì)內(nèi)對(duì)外的交通樞紐。

本文分析的是一個(gè)無(wú)權(quán)無(wú)向路網(wǎng)，而從分析方法的特征來(lái)看，其也可適用于有向加權(quán)網(wǎng)絡(luò)，因此，對(duì)于道路網(wǎng)絡(luò)未來(lái)可以考慮將交通量、事故、擁擠程度信息表達(dá)為有向圖。

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